6ES7314-6BH04-0AB0功能介绍

  1 引言

    随着工业自动化的发展，PLC、变频器在工厂设备改造中得到了广泛应用。桥式起重机由于工作环境比较恶劣，而且重载下频繁起动、制动、反转、变速等操作，还要求有一定的调速范围，所以传统的继电控制和串电阻调速已呈现出许多的缺点，对这一类生产机械的改造已十分必要。

    2 原设备的基本情况

    某石油化工炼油厂焦化车间的抓斗式桥式吊车用于石油焦堆放场，将石油焦从地面抓放到停放在附近的列车上。桥式吊车电气传动共有大车电机2台，小车电机1台，抓斗电机1台，抓斗提升电机1台，均为绕线式交流电动机，采用转子串电阻的方法启动和调速。由于工作环境恶劣，粉尘和有害气体对电机滑环、碳刷及21个接触器腐蚀较大，加上任务重，操作程序难以保证，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，平均每月发生较大的故障2.5次，对生产影响较大.转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，因此要从根本上解决桥式吊车故障的问题，只有利用PLC作为控制装置以及改变绕线式电机串电阻调速方式。

    3 改造后系统的基本情况

    3.1系统的组成

    在现代工业控制中，PLC由于具有性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修方便，维修工作量少等一系列的优点而得到了广泛的应用，由于本系统主要是一些逻辑控制，所以以PLC作为控制，整个系统的输入26点，输出点27点，可选用三菱FX2N-64MR，该型号是PX系列中功能速度快的PLC，它有32个输入点，32个输出点，内置用户存储器为8K步，系统的组成原理图。

    对于桥式吊车抓斗的开合、提升、大车、小车电机分别用四台FRNIC5000G7型变频器拖动；对抓斗的开合电机、提升电机由原来45KW的绕线式电机改为30KW鼠笼型电机，大车小车的配用电机不变，但将转达子绕组引出线短路，去掉碳刷和滑环；为使工作和，防止因停电、变频器跳闸或制动单元失灵而导致起吊物下砸出现危险，原械抱闸制动装置仍保留。

    3.2调速系统的工作情况

    桥吊中电机所带负载都为恒转矩负载，抓斗开合、大车、小车电机都运行在1、3象限，均为电动状态，抓斗提升电机可运行在1、3、4象限，采用变频调速，机械特变硬，当负载转矩变化时，电机转速基本不变。

    桥式吊车的速度调节可利用变频器的多级频率选择功能，将FWD、CM接通则正转，REV、CM接通则反转，将X1、CM，X2、CM，X3、CM三对端子分别接通，或其中两对或三对同时接通，可得7种频率，从而可方便地得到桥吊所要求的正反两个方向各6种速度。

    应现场工作人员的要求，为照顾操作习惯，桥吊的转速控制仍采用原来的主令控制器和凸轮控制器。

利用主令控制器的五对触头，来得到变频器输出的6种转速。电机加减速的时间可以通过变频器的设定来进行改变。
    3.3PLC控制接线及程序设计

    整个系统有五台电动机、四台变频器，PLC的输入输出点数较多，各变频器与PLC的连接情况类似，为说明问题，在此仅以抓斗提升变频器与PLC的连接为例，说明其工作情况。系统中PLC的部分I/O分配。

    由于系统中五台电机（其中M3、M4是并联运行，两者控制情况一样）的运行情况主要由输入直接控制，所以系统的梯形图程序的设计可以根据各输入和电机的运行关系采用经验法设计，利用起保停电路直接由输入信号得到各电机和制动电磁铁的得电和失电情况，程序设计比较简单，在此不作详细介绍。

    4结束语

    经过实际应用，改造后的系统性能得到了很大的改善，主要体现在以下几个方面：用结构简单、性高的鼠笼式电机取代绕线式电机，避免了因滑环、碳刷磨损或腐蚀引起接触器不良而造成电机损坏或不能起动的故障；交流接触器的数量由原来的21个减速少到5个，电机主电路实现了无触点化，避免了因频繁动作而烧损，以及由于触头烧损而引起的电器故障；采用变频调速，运行效，节能；机械特性硬，负载变化时，各档速度基本不变，轻载时不会因操作不当而出现下降变为上升的失控现象；可根据现场情况，很方便地调整各档速度和加速时间，使吊车操作加灵活，反应。

工作环境

温度 PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境过55℃，要安装电风扇强迫通风。

湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。

震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，采取减震措施，如采用减震胶等。

空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。

电源 PLC供电电源为50Hz、220(1±10%)V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的??能力。对于性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。FX系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器(如光电开关或接近开关)提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

安装与布线

动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。

PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。

PLC的输入与输出分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。

PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单敷设，以防止外界信号的干扰。

交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

I/O端的接线

输入接线

输入接线一般不要过30米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。

输出连接

输出端接线分为立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。

由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。

采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。

PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

外部电路

急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得PLC发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。

保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。

可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在状态下运行，需设计外电路加以防护。

电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断过10秒或电源下降过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。

重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在状况下运行。

PLC的接地

良好的接地是保证PLC工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2mm2 ，接地电阻小于100Ω；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上地线，接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开；若达不到这种要求，也做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。

冗余系统与热备用系统

在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有高的性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的性来满足上述要求是远远不够的，因为PLC本身性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。

在冗余控制系统中，整个PLC控制系统(或系统中重要的部分，如CPU模块)由两套相同的系统组成如图2所示。两块CPU模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主CPU，另一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被禁止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元RPU控制的，切换时间在1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。

在热备用系统中，两台CPU用通讯接口连接在一起，均处于通电状态如图3所示。当系统出现故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单。

    1、引言：塑胶设备作为加工行业量大的设备之一，因其对温控、伺服、液压等方面的要求较高，长期以来，国内的厂商都只能生产中低端的设备。

    作为国内技术力量的PLC研发和生产厂商——德维森科技有限公司从03年开始就为各设备厂商提供塑胶机械的PLC和完整的自控解决方案，大力提升塑胶厂商自控的档次和技术水准。下面我们以吸塑机讲述V80的应用。

    2、吹塑机技术：

    吹瓶机的示意图如下：

    这是一台注塑吹塑成型机，相对于其它的挤出吹塑成型机在精度和光洁度各方面都要好很多。

    该系统分为型坯注塑和吹塑成型两部分，大多采用液压和气动，后一部分可以采用伺服阀，保证壁厚的均匀。系统上装有两套电子尺进行反馈和控制。

    在该产品中比较复杂的是在于型坯壁厚是不是均匀可控，因参数和程序量比较大目前相当多的厂商选用中型PLC进行控制，使成本居高不下。

    3、德维森的吹塑成型机解决方案：

    德维森公司针对提到的各种问题，提出了一个为优胜的方案：一方面德维森公司的小型PLCV80有48K步的程序空间和48K的变量空间，使大程序的运行成为可能，另一方面V80的智能扩展模块本身带有CPU芯片，大的分担了CPU模块的工作，使系统的运行加快捷和稳定。

    的是CPU模块M40DT-DC，它带有两个通信口，一个口可以在线编程，或者接监控电脑或者触摸屏，另一个RS485口可以用于与变频器或者其它仪表的通信。

    二个模块是E8AD2，是电压输入模块，采集电子尺送过来的电压信号，用于液压和伺服的定位闭环控制。

    后面带有E5THM是热电偶模块，但该模块不但带5路热电偶信号，同时还带5路PWM信号输出，重要的是E5THM模块内本身带有CPU芯片，并内带PID算法，也就是说E5THM模块本身就是一个5路的温控仪表，CPU模块在上电设置好参数后，E5THM模块就可以自行控制固态继电器的通断，从而控制温度的稳定。

    后面的E4DA2输出的电压信号经变送器变为±10V的信号供伺服控制用，用户也可以选用本体CPU模块上带的50K高速脉冲输出来驱动伺服电机，这样在精度上可以。

    该方案的特点于下：

    1、功能强，精度高

    带温控功能的热电偶模块：

    不光V80的CPU模块带有PID算法，同时扩展的E5THM模块也带有PID算法，同时E5THM带有5路热电偶输入和5路晶体管输出，可以在一个模块内完成所有的温度控制工作。从而保证温控的精度和响应速度高，可以轻松满足±1℃的要求。

    另外E5THM模块支持B、E、J、K、R、S、T7种热电偶信号，满足各种不同设备的要求。

    功能强大的CPU模块：

    M40DT模块是24路数字量输入和16路晶体管输出的CPU模块，本身带有两个通信口，一个RS232和一个RS485，内部带MODBUS主从通信协议和FREE通信协议，可以与各种HMI或者各种组态软件通信，目前德维森为各吹塑成型机厂商提供的通信协议库文件也使各厂商自行开发上位机软件提供了相当多的便利。M40DT内带FLASH存储器，可以将各种参数存储在本地，同时还带有掉电保持的RAM芯片，可以保证使用的性和便利。

    M40DT高速的运算速度和完备的数学运算能力使其在需要大通信和模拟量处理的环境从容应对。

    2、性高，抗干扰能力强

    整个系统的宽温和宽电源供电设计使其可以在任何恶劣的环境中游刃有余，另外V80全系列产品都通过了CE认证，也为用户产品的出口打下了良好的基础。

    3、

    一方面因为热电偶模块的整合，使整个系统的点数需求减至少，另一方面德维森作为国内厂商，在人力成本和成本方面有进口产品的优势，所以该方案相对于使用其它PLC或者工控机加板卡的方案，。

    4、结论：

    该吹塑成型机方案在多家吹塑成型机厂商的应用过程中，得到了高的，作为国内的工业控制厂商，德维森一直以“客户自己的PLC”作为自己的服务理念，立足于国内装备制造业，为广大设备生产厂商提供为贴近的服